【学术前沿】北京科技大学王婕等 | 高超声速滑翔飞行器预定时间碰撞规避编队控制
学术
2024-10-30 20:42
北京
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王婕, 王鼎华, 王婷, 户艳鹏. 高超声速滑翔飞行器预定时间碰撞规避编队控制. 中国科学：信息科学, 2024, 54(10): 2326-2342, doi: 10.1360/SSI-2024-0128
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高超声速滑翔飞行器以其飞行速度快、反应时间短、打击精度高、突防能力强等优势受到了广泛关注和青睐。同时随着飞行空间范围的扩大，为应对未来复杂的战场形势，多飞行器协同作战逐步发展成为一种新的作战模式。多飞行器协同作战能够保证资源共享和优势互补，在对敌方防御系统进行突防、对同一目标进行多角度攻击等任务中具有重要的作用。因此，研究高超声速滑翔飞行器的编队控制问题具有重要意义。针对高超声速滑翔飞行器的编队控制问题，提出了基于预定时间稳定性理论的控制策略。首先，建立高超声速滑翔飞行器六自由度制导控制一体化模型，基于反演结构对模型进行简化处理，在此基础上，设计预定时间控制律，实现期望队形的形成及编队保持；其次，利用人工势场理论，设计避碰/规避势场函数项，避免高超声速滑翔飞行器与其邻机之间的碰撞，并实现对威胁区的规避；再次，基于Lyapunov稳定理论对高声速滑翔飞行器在预定时间内的编队稳定性进行严格证明；最后，通过仿真实验，分析验证了本文所提的控制策略能够实现预定时间内飞行器的编队生成保持及碰撞规避。(1) 考虑高超声速滑翔飞行器的六自由度特性，采用制导控制一体化思想。(2) 增加了无碰撞飞行及威胁区规避功能，当有威胁区时，高超声速滑翔飞行器仍能顺利完成编队任务。 (3) 提出了基于预定时间理论的控制器，解决了有限时间理论依赖初始条件和固定时间理论收敛时间估计过高的问题。通过两组数值仿真实验来验证所提控制律的有效性。考虑由一个虚拟领导者 (0) 和四个跟随者 (1,2.3,4) 的高超声速滑翔飞行器集群（实际仿真过程中未体现虚拟领导者的状态曲线）。实验过程包括3个部分，第1部分是预定时间理论控制的仿真效果。![]()
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第2部分是传统PID算法控制下的效果，通过对比分析体现所提控制律的高效性和准确性。![]()
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